專利名稱：測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的光電式編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)，尤其是涉及一種用于測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的光電式編碼
O
背景技術(shù)：
在電機(jī)的控制技術(shù)中，通常需要采用編碼器來測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速及判別旋轉(zhuǎn)方向。 目前，在工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的編碼器主要是光電式編碼器，將光電碼盤安裝在電機(jī)的驅(qū)動軸上，驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動光電碼盤旋轉(zhuǎn)，光發(fā)射器發(fā)出的連續(xù)光被光電碼盤上均勻分布的透光扇區(qū)和不透光扇區(qū)切割成斷續(xù)光線，如圖1-1所示，光電碼盤上的透光扇區(qū)1’和不透光扇區(qū)2’均勻地間隔分布在盤面上。由光接收器接收透過光電碼盤的光線并輸出相應(yīng)的脈沖信號到電機(jī)的控制電路，脈沖信號如圖1-2所示，每個(gè)脈沖信號的脈寬相同，呈周期性變化，通過計(jì)數(shù)器對脈沖計(jì)數(shù)由此計(jì)算旋轉(zhuǎn)的速度，旋轉(zhuǎn)方向則通常需要設(shè)置兩對光反射器和光接收器，通過輸出信號的先后順序來判斷電機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。然而，設(shè)置兩對光反射器和光接收器，會使得電機(jī)的功耗增大，增加使用成本；并且結(jié)構(gòu)和定位組裝較為復(fù)雜，難以做到小型化，影響產(chǎn)品成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的光電式編碼器，只需通過一個(gè)感應(yīng)裝置即可實(shí)現(xiàn)測量，降低了功耗，簡化了結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的光電式編碼器，包括光電碼盤和鄰近所述光電碼盤設(shè)置的光感應(yīng)裝置，所述光電碼盤上具有多個(gè)間隔布置的所述光感應(yīng)裝置邏輯值為1的第一區(qū)域和邏輯值為0的第二區(qū)域，相鄰的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域組成一個(gè)第三區(qū)域，所述光電碼盤上具有至少兩個(gè)第三區(qū)域，其特征在于，所述第一區(qū)域不均勻分布。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中的一個(gè)為白色的反射光的區(qū)域，另一個(gè)為黑色的吸收光的區(qū)域，所述光感應(yīng)裝置為包括一對光發(fā)射管和光接收管的第一光感應(yīng)元件，所述第一光感應(yīng)元件設(shè)置在所述光電碼盤的一側(cè)。所述電機(jī)內(nèi)還設(shè)有一個(gè)包括一對光發(fā)射管和光接收管的第二光感應(yīng)元件，與所述第一光感應(yīng)元件組成差分運(yùn)放電路，用于消除電機(jī)震動或電機(jī)溫升后的熱輻射等會對光感應(yīng)元件的檢測引起的干擾。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤的盤面上， 所述第一光感應(yīng)元件設(shè)置在所述光電碼盤軸向的一側(cè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤的周向上，所述第一光感應(yīng)元件設(shè)置在所述光電碼盤徑向的一側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中的一個(gè)為透光的區(qū)域，另一個(gè)為不透光的區(qū)域，所述光感應(yīng)裝置為一對光發(fā)射器和光接收器，所述光發(fā)射器設(shè)置在所述光電碼盤的一側(cè)，所述光接收器設(shè)置在所述光電碼盤的另一側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤的盤面上， 所述光發(fā)射器和光接收器分別設(shè)置在所述光電碼盤軸向的兩側(cè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤的周向上，所述光發(fā)射器和光接收器設(shè)置在所述光電碼盤徑向的兩側(cè)。所述第三區(qū)域的大小相同，使得發(fā)生脈沖信號的間隔相同，呈周期變化。所述第一區(qū)域沿一個(gè)方向等量增大，使得脈沖信號的脈寬等量增大，便于旋轉(zhuǎn)方向的判斷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將光感應(yīng)裝置邏輯值為1的區(qū)域按一定的規(guī)律不均勻地分布在光電碼盤的盤面或周向上，以此光電碼盤運(yùn)動變化而產(chǎn)生脈寬不等的脈沖信號，根據(jù)脈沖信號的變化規(guī)律，僅憑一個(gè)感應(yīng)裝置就可以判斷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，并通過計(jì)數(shù)器對脈沖信號計(jì)數(shù)以計(jì)算電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。


圖1-1為現(xiàn)有技術(shù)的光電碼盤示意圖1-2為圖1-1的輸出信號示意圖2為本發(fā)明的光電式編碼器一個(gè)實(shí)施例的示意圖3-1為本發(fā)明的光電碼盤示意圖3-2為圖3-1的輸出信號示意圖4為本發(fā)明的光電式編碼器另一個(gè)實(shí)施例的示意圖5-1為本發(fā)明的光電碼盤的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖5-2為圖5-1的輸出信號示意圖6為本發(fā)明的兩個(gè)光感應(yīng)元件組成的差分運(yùn)放電路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1如圖2和圖3-1所示，一種測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的光電式編碼器，包括光感應(yīng)裝置和光電碼盤2，光感應(yīng)裝置為一對光發(fā)射管和光接收管的第一光感應(yīng)元件1，一體地設(shè)置在光電碼盤2軸向的一側(cè)，與電機(jī)的殼體固定，不隨驅(qū)動軸6的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。光電碼盤2 具有單一的碼道，固定在電機(jī)的驅(qū)動軸6上，隨著驅(qū)動軸6的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。光電碼盤2盤面上分布有多個(gè)數(shù)量相等的扇形的黑色的光吸收扇區(qū)31和白色的光反射扇區(qū)32，光吸收扇區(qū)31和光反射扇區(qū)32間隔布置，相鄰的光吸收扇區(qū)31和光反射扇區(qū)32組成一個(gè)扇區(qū)3， 光電碼盤2上具有至少兩個(gè)扇區(qū)3，用于吸收或反射光以給出變化的信號。每個(gè)扇區(qū)3區(qū)域可以相同也可以各不相同，光反射扇區(qū)32區(qū)域大小不同，呈不均勻分布。優(yōu)選的，如圖3-1 所示，每個(gè)扇區(qū)3(圖中所示為8個(gè))區(qū)域相同，每個(gè)光反射扇區(qū)32向一個(gè)方向呈等量變化， 圖中所示為光反射扇區(qū)32沿順時(shí)針方向等量增大。以光感應(yīng)裝置對光反射扇區(qū)32的邏輯值為1，對光吸收扇區(qū)31邏輯值為0計(jì)(也可以與此相反)。當(dāng)電機(jī)通電后，光電碼盤2轉(zhuǎn)動(如逆時(shí)針轉(zhuǎn)動)，第一光感應(yīng)元件1的光發(fā)射管發(fā)出連續(xù)的光線。當(dāng)扇區(qū)3內(nèi)的光反射扇區(qū)32轉(zhuǎn)至第一光感應(yīng)元件1處時(shí)，第一光感應(yīng)元件1的光接收管接收到反射回的光，輸出邏輯值1的脈沖信號；當(dāng)扇區(qū)3內(nèi)的光吸收扇區(qū)31轉(zhuǎn)至第一光感應(yīng)元件1處時(shí)，光發(fā)射管發(fā)出的光線被吸收，光接收管接收不到光線，輸出邏輯值0，如圖3-2所示。由于光反射扇區(qū)32沿順時(shí)針等量增大，可以看到脈沖信號的脈寬等量增大，并且由于每個(gè)扇區(qū)3區(qū)域相同，發(fā)生脈沖信號之間的間隔相等，呈周期性變化。由此，電機(jī)的控制電路接收到脈沖信號后，可以僅憑一個(gè)光感應(yīng)元件輸出的脈沖信號的脈寬增大或減小的變化來判斷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?？刂齐娐返挠?jì)數(shù)器對脈沖信號計(jì)數(shù)計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。電機(jī)內(nèi)另設(shè)有一個(gè)第二光感應(yīng)元件7，也包括一對光發(fā)射管和光接收管，與用于檢測光電碼盤2信號的第一光感應(yīng)元件1不同，第二光感應(yīng)元件7不檢測光電碼盤2的信號， 如圖2中的箭頭所示，而是檢測其他的干擾信號，如由于電機(jī)震動或電機(jī)溫升后的熱輻射等會對光感應(yīng)元件的檢測引起干擾，通過額外設(shè)置一個(gè)第二光感應(yīng)元件7，其輸出信號同樣傳送至電機(jī)的控制電路，與第一光感應(yīng)元件1組成差分運(yùn)放電路，優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例可以如圖6所示。第一光感應(yīng)元件1的一個(gè)輸入端通過第一電阻Rl連接到高電平，另一個(gè)輸入端接地；其一個(gè)輸出端連接到運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端，并通過第二電阻R2連接到高電平，另一個(gè)輸出端接地。第二光感應(yīng)元件7的一個(gè)輸入端通過第三電阻R3連接到高電平， 另一個(gè)輸入端接地；其一個(gè)輸出端通過輸入電阻R5連接到運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，并通過第四電阻R4連接到高電平，另一個(gè)輸出端接地，運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端和輸出端之間連接有反饋電阻R6。將運(yùn)算放大器Ul兩個(gè)輸入端的差值作為輸出信號，由此則可以消除電機(jī)震動或電機(jī)溫升后的熱輻射等會對光感應(yīng)元件的檢測引起的干擾。實(shí)施例2參見圖4，其與實(shí)施例1的不同之處在于，光感應(yīng)裝置為一對光發(fā)射器4和光接收器5，分別設(shè)置在光電碼盤2軸向的兩側(cè)，光發(fā)射器4和光接收器5固定到電機(jī)的機(jī)殼上，不隨電機(jī)的驅(qū)動軸6的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。光電碼盤2盤面上分布有多個(gè)數(shù)量相等的扇形的不透光扇區(qū)31’和透光扇區(qū)32’，透光扇區(qū)32’可以是齒、空隙或者別的標(biāo)識。不透光扇區(qū)31’和透光扇區(qū)32’間隔布置，相鄰的不透光扇區(qū)31’和透光扇區(qū)32’組成一個(gè)扇區(qū)3’，光電碼盤 2上具有至少兩個(gè)扇區(qū)3 ’，用于透過或遮斷光以給出變化的信號。每個(gè)扇區(qū)3 ’區(qū)域可以相同也可以各不相同，透光扇區(qū)32’區(qū)域大小不同，呈不均勻分布。優(yōu)選的，每個(gè)扇區(qū)3’(圖中所示為8個(gè))區(qū)域相同，每個(gè)透光扇區(qū)32’向一個(gè)方向呈等量變化，圖中所示為透光扇區(qū) 32’沿順時(shí)針方向等量增大。以光感應(yīng)裝置對透光扇區(qū)32’邏輯值為1，對不透光扇區(qū)31’邏輯值為0計(jì)。當(dāng)電機(jī)通電后，光電碼盤2轉(zhuǎn)動(如逆時(shí)針轉(zhuǎn)動)，光發(fā)射器4發(fā)出連續(xù)的光線。當(dāng)透光扇區(qū) 32’轉(zhuǎn)至光發(fā)射器4和光接收器5光耦合處時(shí)，光線透過透光扇區(qū)32’，光接收器5感應(yīng)到光信號，輸出邏輯值1的脈沖信號；當(dāng)不透光扇區(qū)31’轉(zhuǎn)至光發(fā)射器4和光接收器5光耦合處時(shí)，光線被不透光扇區(qū)31’遮斷，光接收器5感應(yīng)不到光信號，輸出邏輯值0的脈沖信號， 其輸出的信號與實(shí)施例1的相同，如圖3-2所示。由于透光扇區(qū)32’等量增大，可以看到脈沖信號的脈寬等量增大，并且由于扇區(qū)3’區(qū)域相同，發(fā)生脈沖信號之間的間隔相等，呈周期性變化。
由此，電機(jī)的控制電路接收到脈沖信號后，可以僅憑一對光發(fā)射器4和光接收器5 輸出的脈沖信號的脈寬增大或減小的變化來判斷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?？刂齐娐返挠?jì)數(shù)器對脈沖信號計(jì)數(shù)計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。實(shí)施例3光電碼盤2也可以如圖5-1所示，與實(shí)施例1和實(shí)施例2中不同之處在于，光感應(yīng)裝置邏輯值為1的矩形區(qū)域32”和光感應(yīng)裝置邏輯值為0的矩形區(qū)域31”間隔地布置在光電碼盤2的周向上而不是盤面上，相鄰的光感應(yīng)裝置設(shè)置在光電碼盤2徑向的一側(cè)或兩側(cè)。 優(yōu)選的，其區(qū)域的分布和測量與實(shí)施例1或?qū)嵤├?相同，輸出的信號如圖5-2所示，邏輯值為1的矩形區(qū)域32^&順時(shí)針方向等量增大，光電碼盤2轉(zhuǎn)動(如逆時(shí)針轉(zhuǎn)動)時(shí)，脈沖信號的脈寬等量增大。需要注意的是，光感應(yīng)裝置邏輯值為1或0的區(qū)域并不是絕對的，可以互換。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理前提下，還可以做出多種變形和改進(jìn)，這也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的光電式編碼器，包括光電碼盤( 和鄰近所述光電碼盤( 設(shè)置的光感應(yīng)裝置，所述光電碼盤( 上具有多個(gè)間隔布置的所述光感應(yīng)裝置邏輯值為1的第一區(qū)域和邏輯值為0的第二區(qū)域，相鄰的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域組成一個(gè)第三區(qū)域，所述光電碼盤( 上具有至少兩個(gè)第三區(qū)域，其特征在于，所述第一區(qū)域不均勻分布。
2.如權(quán)利要求1所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中的一個(gè)為反射光的區(qū)域，另一個(gè)為吸收光的區(qū)域，所述光感應(yīng)裝置為包括一對光發(fā)射管和光接收管的第一光感應(yīng)元件(1)，所述第一光感應(yīng)元件(1)設(shè)置在所述光電碼盤O)的一側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的光電式編碼器，其特征在于，所述電機(jī)內(nèi)還設(shè)有一個(gè)包括一對光發(fā)射管和光接收管的第二光感應(yīng)元件(7)，與所述第一光感應(yīng)元件(1)組成差分運(yùn)放電路。
4.如權(quán)利要求2所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤O)的盤面上，所述第一光感應(yīng)元件(1)設(shè)置在所述光電碼盤( 軸向的一側(cè)。
5.如權(quán)利要求2所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤O)的周向上，所述第一光感應(yīng)元件(1)設(shè)置在所述光電碼盤( 徑向的一側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中的一個(gè)為透光的區(qū)域，另一個(gè)為不透光的區(qū)域，所述光感應(yīng)裝置為一對光發(fā)射器(4)和光接收器(5)，所述光發(fā)射器(4)設(shè)置在所述光電碼盤O)的一側(cè)，所述光接收器( 設(shè)置在所述光電碼盤O)的另一側(cè)。
7.如權(quán)利要求6所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤O)的盤面上，所述光發(fā)射器(4)和光接收器( 分別設(shè)置在所述光電碼盤⑵軸向的兩側(cè)。
8.如權(quán)利要求6所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域布置在所述光電碼盤O)的周向上，所述光發(fā)射器(4)和光接收器( 設(shè)置在所述光電碼盤 ⑵徑向的兩側(cè)。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第三區(qū)域的大小相同。
10.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的光電式編碼器，其特征在于，所述第一區(qū)域沿一個(gè)方向等量增大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的光電式編碼器，包括光電碼盤和鄰近所述光電碼盤設(shè)置的光感應(yīng)裝置，所述光電碼盤上具有多個(gè)間隔布置的所述光感應(yīng)裝置邏輯值為1的第一區(qū)域和邏輯值為0的第二區(qū)域，相鄰的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域組成一個(gè)第三區(qū)域，所述光電碼盤上具有至少兩個(gè)第三區(qū)域，其特征在于，所述第一區(qū)域不均勻分布。將光感應(yīng)裝置邏輯值為1的區(qū)域按一定的規(guī)律不均勻地分布在光電碼盤的盤面或周向上，以此光電碼盤運(yùn)動變化而產(chǎn)生脈寬不等的脈沖信號，根據(jù)脈沖信號的變化規(guī)律，僅憑一個(gè)感應(yīng)裝置就可以判斷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，并通過計(jì)數(shù)器對脈沖信號計(jì)數(shù)以計(jì)算電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，降低了功耗，簡化了結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本。
文檔編號G01P13/04GK102507970SQ20111033761
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者吳長先, 孫勇, 張珣 申請人:寧波杜亞機(jī)電技術(shù)有限公司